JP3619036B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【従来の技術】
インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に微細な記録液吐出口、液流路および該液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を複数備えている。そして、このようなインクジェット記録ヘッドで高品位の画像を得るためには、前記吐出口から吐出される記録液小滴がそれぞれの吐出口より常に同じ体積、吐出速度で吐出されることが望ましい。これを達成するために、特開平４−１０９４０号〜特開平４−１０９４２号公報においては、インク吐出圧力発生素子（電気熱変換素子）に記録情報に対応して駆動信号を印加し、電気熱変換素子にインクの核沸騰を越える急激な温度上昇を与える熱エネルギーを発生させ、インク内に気泡を形成させ、この気泡を外気と連通させてインク液滴を吐出させる方法が開示されている。
【０００２】
このような方法を実現するためのインクジェット記録ヘッドとしては、電気熱変換素子と吐出口との距離（以下、「ＯＨ距離」と称す。）が短い方が好ましい。また、前記方法においては、ＯＨ距離がその吐出体積をほぼ決定するため、ＯＨ距離を正確に、また再現よく設定できることが必要である。
【０００３】
従来、インクジェット記録ヘッドの製造方法としては、特開昭５７−２０８２５５号公報〜特開昭５７−２０８２５６号公報に記載されている方法、すなわち、インク吐出圧力発生素子が形成された基体上にインク流路および吐出口部からなるノズルを感光性樹脂材料を使用してパターン形成して、この上にガラス板などの蓋を接合する方法や、特開昭６１−１５４９４７号公報に記載されている方法、すなわち、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成し、該パターンをエポキシ樹脂などで被覆して該樹脂を硬化し、基板を切断後に前記溶解可能な樹脂パターンを溶出除去する方法などがある。しかし、これらの方法は、いずれも気泡の成長方向と吐出方向とが異なる（ほぼ垂直）タイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法である。そして、このタイプのヘッドにおいては、基板を切断することによりインク吐出圧力発生素子と吐出口との距離が設定されるため、インク吐出圧力発生素子と吐出口との距離の制御においては、切断精度が非常に重要なファクターとなる。しかしながら、切断はダイシングソーなどの機械的手段にて行うことが一般的であり、高い精度を実現することは難しい。
【０００４】
また、気泡の成長方向と吐出方向とがほぼ同じタイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法としては、特開昭５８−８６５８号公報に記載されている方法、すなわち、基体とオリフィスプレートとなるドライフィルムとをパターニングされた別のドライフィルムを介して接合し、フォトリソグラフィーによって吐出口を形成する方法や、特開昭６２−２６４９７５号公報に記載されている方法、すなわち、インク吐出圧力発生素子が形成された基体と電鋳加工により製造されるオリフィスプレートとをパターニングされたドライフィルムを介して接合する方法などがある。しかし、これらの方法では、いずれもオリフィスプレートを薄く（例えば２０μｍ以下）かつ均一に作成することは困難であり、例えば作成できたとしても、インク吐出圧力発生素子が形成された基体との接合工程はオリフィスプレートの脆弱性により極めて困難となる。
【０００５】
これらの問題を解決するために、特開平６−２８６１４９号公報には、インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に、▲１▼溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成した後、▲２▼常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解して、これを前記溶解可能な樹脂層上にソルベントコートすることによって、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成し、次いで▲３▼前記インク吐出圧力発生素子上方の前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成してから、▲４▼前記溶解可能な樹脂層を溶出することにより、インク吐出圧力発生素子と吐出口間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定可能で、高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドを製造することができることが記載されている。また、この方法では、製造工程を短縮化することができ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２８６１４９号公報に記載の方法では次のような問題点があった。
【０００７】
▲１▼通常シリコン基板上に樹脂でインク流路壁を形成することになるため、無機材料と樹脂との線膨張率の違いによる変形が起きやすく機械的特性に問題がある。
【０００８】
▲２▼樹脂は、エッジ部が丸くなりやすいために、吐出口のエッジの切れが悪くなりがちであるので、寸法精度が必ずしも十分でない場合がある。
【０００９】
▲３▼樹脂は、膨潤したり剥がれやすかったりするので、信頼性が必ずしも十分でない場合がある。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、インク吐出圧力発生素子と吐出口間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定可能であると同時に、熱による変形がなく、耐インク性、耐腐食性に優れ、寸法精度が高く、さらに膨潤などがなく信頼性の高い、高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、この方法では、特開平６−２８６１４９号公報に記載の方法と同様に、製造工程を短縮化することができ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【００１２】
本発明は、インク吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子が形成された基体上に、
Ａｌからなる溶解可能な無機材料を用いて、前記エネルギー発生素子に対応する位置に設けられるインク流路のパターン状に無機材料膜を形成する工程と、
該無機材料膜上に、前記インク流路の壁となる窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記窒化シリコン膜の前記エネルギー発生素子に対応する位置に対してドライエッチングを行い、該ドライエッチングを前記無機材料膜でストップさせて前記インク吐出口を形成する工程と、
前記無機材料膜を溶出して前記インク流路を形成する工程と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【００１６】
そして、前記Ａｌからなる第１無機材料膜を溶出する工程において、リン酸あるいは塩酸を用いて前記無機材料膜をエッチングすることができる。
【００１８】
そして、前記窒化シリコン膜にインク吐出口を形成する工程において、ＩＣＰエッチングを用いることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明において、インク流路となる部分を形成するための第１の無機材料は、インク流路の壁を形成するための第２の無機材料と比べると溶出の際に用いられる溶剤（エッチング液）に溶解しやすく、後に溶出できるようなものであり、溶出残り（エッチング残り）があった場合でも、アルカリ性のインクを注入した際に溶かし出されるようなものが好ましい。このようなものとしては、例えば、ＰＳＧ（フォスフォシリケートグラス）、ＢＰＳＧ（ボロンフォスフォシリケートグラス）、酸化シリコンなどを用いることが好ましい。これらの材料に対しては、後の工程でフッ酸を用いることで溶出除去することができる。第１の無機材料としては、バッファードフッ酸に対してエッチングレートが高いことから、特にＰＳＧが好ましい。また、溶出の際に用いられる溶解の無機材料に対するダメージに着目した場合には第１の無機材料として、Ａｌ、溶剤としては、常温条件でのリン酸、あるいは塩酸が好ましい。
【００２２】
また、本発明において、第２の無機材料としては、第１の無機材料と比べると溶出に用いられる溶剤（エッチング液）に溶解し難く、また、耐インク性などの化学的安定性が高く、吐出口面として満足できる機械的強度などの物理的特性を持つものが用いられる。このようなものとして、一般的な半導体製造方法で使用される窒化シリコンが好ましく、本発明においても窒化シリコンが用いられる。
【００２３】
参考として、第１の無機材料として、ＰＳＧ（フォスフォリンシリケートグラス）、ＢＰＳＧ（ボロンフォスフォリンシリケートグラス）、または酸化シリコンなどを用いて、第２の無機材料として窒化シリコンを用いた場合、次のような効果が得られる。
【００２４】
▲１▼耐インク性などの耐腐食性が極めてよい。
【００２５】
▲２▼基板として、通常シリコン基板が用いられるので、熱膨張の差が小さく、熱による変形の問題がない。
【００２６】
▲３▼窒化シリコン膜に吐出口を形成する際に、フォトリソグラフィプロセスで行うことができるので寸法精度および位置精度がよい。
【００２７】
▲４▼インクによる膨潤が起きないので信頼性が高い。
【００２８】
▲５▼すべての工程をフォトリソプロセスで形成することができので、クリーン度が高くメカ組立上のゴミの問題がない。
【００２９】
▲６▼樹脂を使わないので、有機溶剤を使用しないので、電気熱変換素子などのインク吐出圧力発生素子表面を汚染することがない。
【００３０】
▲７▼吐出口を垂直または逆テーパー状に形成することが可能である。
【００３１】
▲８▼吐出口形成後に、３００〜４００℃の熱処理を行うことができる。したがって、撥水処理を高温が必要なプラズマ重合などで吐出口表面に均一に付けることができる。
【００３２】
▲９▼窒化シリコンは固い膜であるので、ヘッド回復時のワイピングに対する耐擦過性が高く、ヘッドの耐久性がよい。
【００３３】
Ａｌを第１の無機材料として用いる本発明では、さらに以下の効果が得られる。
【００３４】
（１）前記第２の無機材料として、エッチング時に溶解し難く、また耐インク性などの化学的安定性が高く、吐出口面として、満足できる機械的強度などの物理特性をもつ窒化シリコンを用いるので、ＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 ，Ｃ3 Ｆ8 ，ＳＦ6 などのガスを用いたオリフィス部のエッチングにおいて、エッチング選択比が２０：１以上と大きいため、エッチングストッパー（下地へのダメージ防止）としての効果が得られる。
【００３５】
（２）また、オリフィス部分の形状として、下地エッチングによるアンダーカット形状の発生がなくなる。
【００３６】
また、吐出口および液流路を有する液流路部材の材料が、Ｓｉを基体とする素子基板と同様にＳｉを主成分とする構成にすれば、素子基板と液流路部材とで熱膨張係数差が生じない。そのため、高速印字によってヘッド内に蓄熱する熱の影響で素子基板および液流路部材の密着性や相対位置精度が悪化することはない。また、液流路部材を半導体プロセスにより作製できるため、発熱素子と吐出口間の距離を極めて高い精度でかつ再現よく設定可能である。さらに、液流路部材の材質がＳｉを主成分にしているので、耐インク性、耐腐食性に優れている。以上のことから、信頼性の高い、高品位記録が可能となる。
【００３７】
以下に、参考形態と実施形態とを用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
［第１の参考形態］
図１は、本参考形態により製造されるサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図中Ｘ１−Ｘ１'断面を示す。窒化シリコンで形成された吐出口面１５に吐出口１４が形成されている。図３（ａ）〜（ｈ）は、図１のＹ１−Ｙ１'断面に対応した本参考形態の工程を示した図である。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、まず、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＨｆＢ２ からなるヒーター）を形成し、さらに熱変換体およびそれに電気的な接続を行う配線上に、それらをインクから保護する保護膜と耐キャビテーション膜を形成したシリコン基板１の下面に、ＣＶＤ法によって、温度４００℃の条件でＳｉＯ２ 膜２を約２μｍの厚さに形成する。
【００４０】
図２（ｂ）に示すように、このＳｉＯ２ 膜２上にレジストを塗布し、露光、現像後、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、開口１１を形成する。ＳｉＯ２ 膜２は、後に貫通孔１３を形成するときのマスクとなり、開口１１から貫通孔１３が形成されるようになる。ＳｉＯ２ 膜のエッチングは、例えば、ドライエッチングを用いるときは、ＣＦ４ をエッチングガスとして用いるリアクティブイオンエッチングまたはプラズマエッチングで行い、ウェットエッチングのときはバッファードフッ酸を用いて行う。
【００４１】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板の上面側にＣＶＤ法により、温度３５０℃の条件でＰＳＧ（フォスフォシリケートグラス）膜３を厚さ約２０μｍの厚さに形成する。
【００４２】
次に、図２（ｄ）に示すように、ＰＳＧ膜３を加工して所定の流路パターンを形成する。ここで、レジストを用いたドライエッチングでＰＳＧ膜の加工を行うと、下面のＳｉＯ２ 膜がダメージを受けないので好ましい。
【００４３】
次に、図２（ｅ）に示すように、流路パターン状に形成されたＰＳＧ膜３の上にＣＶＤ法によって温度４００℃の条件で約５μｍの厚さに窒化シリコン膜４を形成する。このとき、開口１２も窒化シリコン膜で埋められる。
【００４４】
ここで、形成した窒化シリコン膜の膜厚は、吐出口の厚さを規定し、先に形成したＰＳＧ膜の膜厚はインク流路のギャップを規定し、インクジェットのインク吐出特性に大きな影響を及ぼすので、窒化シリコン膜の膜厚およびＰＳＧ膜の膜厚は、必要とされる特性に合わせて適宜決められる。
【００４５】
次に、図２（ｆ）に示すように、先に形状加工したＳｉＯ２ 膜２をマスクとしてシリコン基板１に、インクの供給口として貫通孔１３を形成する。貫通孔の形成方法は、どのような方法でもよいが、基板に対して電気的なダメージがなく、低温で形成できることから、ＣＦ４ および酸素をエッチングガスとして用いてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング法で行うことが好ましい。
【００４６】
次に、図２（ｇ）に示すように、窒化シリコン膜４をレジストを用いて、ドライエッチングにより吐出口１４を形成する。この形成方法として、異方性の高いリアクティブイオンエッチングを用いると、さらに以下のような効果が得られる。
【００４７】
すなわち、従来のサイドシューター型のインクジェット記録ヘッド構造では、吐出口部分が樹脂であるためにエッジ部分が丸くなり吐出特性に悪影響がでる可能性があり、これを避けるために電鋳によって形成したオリフィスプレートを貼り付けていたりしていたが、本参考形態のように、窒化シリコン膜４にリアクティブイオンエッチングを用いて吐出口１４を形成すると、吐出口のエッジをシャープに形成することができる。
【００４８】
さらに窒化シリコン膜を多層化し、下部の方のエッチングレートが高くなるようにしたり、組成を徐々に変化させるようにすることで、吐出口の出口が狭く、内部の方が広くなる逆テーパ状に形成することができる。逆テーパー状の吐出口にすることで、印刷精度がさらに向上する。
【００４９】
また、このように吐出口のエッジの形状がよい場合は、プラズマ重合法により撥水膜を形成する際に、表面のみに撥水膜を形成することが可能になる。また、窒化シリコン膜表面にイオン打ち込みによって撥水性をもたせるときにも、吐出口内が撥水性をもつことがないので、インクの飛翔方向がずれたりすることがなく、精度の高い印刷が可能になる。
【００５０】
次に、図２（ｈ）にい示すように、吐出口１４および貫通孔１３からバッファードフッ酸を用いて、ＰＳＧ膜３を溶出除去する。
【００５１】
その後、吐出口表面にプラズマ重合によりＳｉを含む撥水膜を形成し、Ｓｉ基板１の底面側にインク供給部材（図示していない）を貼り付けてインクジェット記録ヘッドを完成する。
【００５２】
［第２の参考形態］
第１の参考形態では、吐出口面の段差をなくすために、ＰＳＧの台を形成しているが、この参考形態では、図３に示すように、吐出口間にインクを逃がすための溝１６を設けた。図３（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図中Ｘ２−Ｘ２'断面を示す。図４（ａ）〜（ｈ）は、図３のＹ２−Ｙ２'断面に対応した本参考形態の製造工程を示した図である。
【００５３】
この参考形態の製造工程は、ＰＳＧ膜３を加工して流路パターンを形成するときのパターンが異なる以外は、第１の参考形態と同様である。図４の（ａ）〜（ｈ）は、図２（ａ）〜（ｈ）に対応している。
【００５４】
図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の参考形態と同様に、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＨｆＢ2 からなるヒーター、図４においては図示を省略した。）を形成したシリコン基板１下面に、ＳｉＯ2 膜２を約２μｍの厚さに形成した後、開口１１を形成する。さらに、基板の上面側にＰＳＧ膜３を形成する。
【００５５】
次に、図４（ｄ）に示すように、所定の流路パターンを形成する。この参考形態では、開口１２を大きく形成する。
【００５６】
次に、図４（ｅ）に示すように、流路パターン状に形成されたＰＳＧ膜３の上に窒化シリコン膜４を形成すると、開口１２の部分に窒化シリコン膜の溝が形成される。
【００５７】
その後、第１の参考形態と全く同様にして、図４（ｆ）〜（ｈ）に示すように、インクの供給口として貫通孔１３を形成し、窒化シリコン膜４をレジストを用いてドライエッチングにより吐出口１４を形成した後、さらに吐出口１４および貫通孔１３からバッファードフッ酸を用いて、ＰＳＧ膜３を溶出除去する。
【００５８】
その後第１の参考形態と同様にしてインクジェット記録ヘッドを完成する。
【００５９】
［第１の実施の形態］
図５は、本実施形態により製造されるサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図中Ｘ１−Ｘ１'断面を示す。窒化シリコンで形成された吐出口面１５に吐出口１４が形成されている。図６（ａ）〜（ｈ）は、図１のＹ１−Ｙ１'断面に対応した本実施形態の工程を示した図である。
【００６０】
図６（ａ）に示すように、まず、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＴａＮ２ からなるヒーター）を形成し、さらに熱変換体およびそれに電気的に接続を行う配線上に、それらをインクから保護する保護膜と耐キャビテーション膜を形成したシリコン基板１の下面に、ＣＶＤ法によって、温度４００℃の条件でＳｉＯ２ 膜２を約２μｍの厚さに形成する。
【００６１】
図６（ｂ）に示すように、このＳｉＯ２ 膜２上にレジストを塗布し、露光、現像後、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、開口１１を形成する。ＳｉＯ２ 膜２は、後に貫通孔１３を形成するときのマスクとなり、開口１１から貫通孔１３が形成されるようになる。ＳｉＯ２ 膜のエッチングは、例えば、ドライエッチングを用いるときは、ＣＦ４ をエッチングガスとして用いるリアクティブイオンエッチングまたはプラズマエッチングで行い、ウェットエッチングのときはバッファードフッ酸を用いて行う。
【００６２】
次に、図６（ｃ）に示すように、基板１の上面側にスパッタ法あるいは蒸着法によりＡｌ膜２３を約１０μｍの厚さに形成する。
【００６３】
次に、図６（ｄ）に示すように、Ａｌ膜２３を加工して所定の流路パターンを形成する。ここで、レジストを用いたウェットエッチングでＡｌ膜の加工を行うと、下面のＳｉＯ２ 膜２がダメージを受けないので好ましい。
【００６４】
次に、図６（ｅ）に示すように、流路パターン状に形成されたＡｌ膜２３の上にＣＶＤ法によって温度４００℃の条件で約１０μｍの厚さに窒化シリコン膜４を形成する。このとき、開口１２も窒化シリコン膜４で埋められる。
【００６５】
ここで形成した窒化シリコン膜４の膜厚は、吐出口の厚さを規定し、先に形成したＡｌ膜２３の膜厚はインク流路のギャップを規定し、インクジェットのインク吐出特性に大きな影響を及ぼすので、窒化シリコン膜４の膜厚およびＡｌ膜２３の膜厚は、必要とされる特性に合わせて適宜決められる。
【００６６】
次に、図６（ｆ）に示すように、先に形状加工したＳｉＯ２ 膜２をマスクとしてシリコン基板１に、インクの供給口として貫通孔１３を形成する。貫通孔１３の形成方法は、どのような方法でもよいが、基板に対して電気的なダメージがなく、低温で形成できることから、ＣＦ４ 、Ｃ２ Ｆ６ 、Ｃ３ Ｆ８ 、ＳＦ６ 、などのガスおよび酸素をエッチングガスとして用いてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング法で行うことが好ましい。
【００６７】
次に、図６（ｇ）に示すように、窒化シリコン膜４をレジストを用いて、ドライエッチングにより吐出口１４を形成する。この形成方法として、異方性の高いリアクティブイオンエッチング、例えばＩＣＰエッチングなどを用いると、さらに以下のような効果が得られる。
【００６８】
すなわち、従来のサイドシューター型のインクジェット記録ヘッド構造では、吐出口部分が樹脂であるためエッジ部分が丸くなり吐出特性に悪影響がでる可能性があり、これを避けるために電鋳によって形成したオリフィスプレートを貼り付けていたりしていたが、本実施形態のように、窒化シリコン膜４にリアクテイィブイオンエッチングを用いて吐出口１４を形成すると、吐出口のエッジをシャープに形成することができる。
【００６９】
さらに窒化シリコン膜を多層化し、下部の方のエッチングレートが高くなるようにしたり、組成を徐々に変化させるようにすることで、吐出口の出口が狭く、内部の方が広くなる逆テーパ状に形成することができる。逆テーパー状の吐出口にすることで、印刷精度がさらに向上する。
【００７０】
また、このように吐出口のエッジの形状がよい場合は、プラズマ重合法により撥水膜を形成する際に、表面のみに撥水膜を形成することが可能になる。また、窒化シリコン膜表面にイオン打ち込みによって撥水性をもたせるときにも、吐出口内が撥水性をもつことがないので、インクの飛翔方向がずれたりすることがなく、精度の高い印刷が可能になる。
【００７１】
次に、図６（ｈ）に示すように、吐出口１４および貫通孔１３から常温条件でリン酸あるいは塩酸を用いて、Ａｌ膜２３を溶出除去する。
【００７２】
その後、吐出口表面にプラズマ重合によりＳｉを含む撥水膜を形成し、Ｓｉ基板１の底面側にインク供給部材（図示していない）を貼り付けてインクジェット記録ヘッドを完成する。
【００７３】
また、この吐出口１４の形成の際、窒化シリコン膜がエッチングされた後、下地の層にＡｌが用いられることによって、そこでエッチングがストップする。このエッチング層は、エッチングガスによってほとんど影響を受けないためにさらに下地の層への影響もなくなる。
【００７４】
［第２の実施の形態］
第１の実施形態では、吐出口面の段差をなくすために、Ａｌの台を形成しているが、この実施形態では、図７に示すように、吐出口間にインクを逃がすための溝１６を設けた。図７（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図中Ｘ２−Ｘ２'断面を示す。図８（ａ）〜（ｈ）は、図７のＹ２−Ｙ２'断面に対応した本実施形態の製造工程を示した図である。
【００７５】
この実施形態の製造工程は、Ａｌ膜２３を加工して流路パターンを形成するときのパターンが異なる以外は、第１の実施の形態と同様である。図８の（ａ）〜（ｈ）は、図６（ａ）〜（ｈ）に対応している。
【００７６】
図８の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様に、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＴａＮ2からなるヒーター、図８においては図示を省略した。）を形成したシリコン基板１下面に、ＳｉＯ2 膜２を約２μｍの厚さに形成した後、開口１１を形成する。さらに、基板の上面側にＡｌ膜２３を形成する。
【００７７】
次に、図８（ｄ）に示すように、所定の流路パターンを形成する。この実施形態では、開口１２を大きく形成する。
【００７８】
次に、図８（ｅ）に示すように、流路パターン状に形成されたＡｌ膜２３の上に窒化シリコン膜４を形成すると、開口１２の部分に窒化シリコン膜の溝が形成される。
【００７９】
その後、第１の参考形態と全く同様にして、図８（ｆ）〜（ｈ）に示すように、インクの供給口として貫通孔１３を形成し、窒化シリコン膜４をレジストを用いてドライエッチングにより吐出口１４を形成した後、さらに吐出口１４および貫通孔１３から常温のリン酸あるいは塩酸を用いて、Ａｌ膜２３を溶出除去する。
【００８０】
その後第１の実施の形態と同様にしてインクジェット記録ヘッドを完成する。
【００８１】
以上の第１及び第２の参考形態及び第１及び第２の実施形態において、貫通孔１３の形状は、平面的には図１０のように形成されるのが一般的である。しかし、第１及び第２の参考形態、第１及び第２の実施形態で用いたように、貫通孔をＩＣＰエッチングで形成する場合は、貫通孔の形状を自由に形成できるので、図９に示したように吐出口を囲むように形成すると、インクのリフィルがよくなり吐出速度をさらに向上することができる。
【００８２】
［第３の参考形態］
図１１はインクジェット記録ヘッドの第３の参考形態を最もよく表した斜視図である。図１２は図１１のＡ−Ａ'線断面図である。これらの図で示す形態のインクジェット記録ヘッドは、Ｓｉ基板の表面中央に複数の発熱体２０２が２列で形成された素子基板２０１と、各発熱体２０２上に液体を流通させる液流路（インク流路）２０４と、素子基板２０１上に形成されて液流路２０４の側壁をなす単結晶Ｓｉ２０３と、単結晶Ｓｉ２０３上に形成されて液流路２０４の天井をなすＳｉＮ膜２０５と、ＳｉＮ膜２０５に穿設され、複数の発熱体２０２の各々と対向する複数の（インク）吐出口２０６と、素子基板２０１を貫通した、液流路２０５に液体を供給するための供給口２０７とを備えている。このように単結晶Ｓｉ２０３およびＳｉＮ膜２０５が、素子基板２０１上に液流路２０４を構成する液流路部材となっている。また、素子基板２０１の両側部の表面には単結晶Ｓｉ２０３が覆われず、外部から電気信号を発熱体２０２に供給するための電気パッド２１０が形成されている。
【００８３】
ここで、上記の素子基板２０１について説明する。図１３は素子基板２０１の発熱体部分（気泡発生領域）に相当する部分を示す断面図である。この図において、符号１０１はＳｉ基板、符号１０２は蓄熱層であるところの熱酸化膜（ＳｉＯ２ 膜）を示す。符号１０３は蓄熱層を兼ねる層間膜であるところのＳｉＯ２ 膜またはＳｉ２ Ｎ４ 膜、符号１０４は抵抗層、符号１０５はＡｌまたはＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−ＣｕなどのＡｌ合金配線、符号１０６は保護膜であるところのＳｉＯ２ 膜またはＳｉ２ Ｎ４ 膜を示す。符号１０７は抵抗層１０４の発熱に伴う化学的・物理的衝撃から保護膜１０６を守るための耐キャビテーション膜である。符号１０８は、電極配線１０５が形成されていない領域の抵抗層１０４の熱作用部である。これらは、半導体プロセス技術により形成されている。
【００８４】
図１４に、主要素子を縦断するように切断したときの模式的断面図を示す。
【００８５】
Ｐ型導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭＯＳプロセスを用いイオンプラテーションなどの不純物導入および拡散によりＮ型ウェル領域４０２にＰ−ＭＯＳ４５０、Ｐ型ウェル領域４０３にＮ−ＭＯＳ４５１が構成される。Ｐ−ＭＯＳ４５０およびＮ−ＭＯＳ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８を介して４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５およびＮ型あるいはＰ型の不純物を導入したソース領域４０５、ドレイン領域４０６などで構成され、それらＰ−ＭＯＳとＮ−ＭＯＳによりＣ−ＭＯＳロジックが構成される。
【００８６】
また、素子駆動用Ｎ−ＭＯＳトランジスタは、やはり不純物導入および拡散などの工程によりＰ型ウェル領域中にドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３などで構成される。
【００８７】
ここでは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタを使った構成で説明しているが、複数の発熱素子を個別に駆動できる能力をもち、かつ、上述したような微細構造を達成できる機能をもつトランジスタであれば、これに限らない。
【００８８】
また、各素子間は、５０００Å以上１００００Å以下の厚さのフィールド酸化により、酸化膜分離領域４５３を形成し、素子分離されている。このフィールド酸化膜は熱作用部１０８下においては一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【００８９】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ、ＢＰＳＧ膜などで堆積され、熱処理により平坦化処理などをされてからコンタクトホールを介し、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行われている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ２ 膜などの層間絶縁膜４１８を１００００Å以上１５０００Å以下の厚さに堆積し、さらにスルーホールを介して、抵抗層１０４として約１０００Åの厚さのＴａＮ０．８ｈｅｘ膜をＤＣスパッタ法により形成した。その後、各発熱体への配線となる第２の配線層Ａｌ電極を形成した。
【００９０】
保護膜１０６としては、プラズマＣＶＤによるＳｉ２ Ｎ４ 膜が、約１００００Åの厚さに成膜される。最上層には、耐キャビテーション膜１０７がＴａなどで約２５００Åの厚さに堆積される。
【００９１】
以上のように本形態では、液流路部材と素子基板を構成する材料がすべてＳｉを主成分とした材料となっている。
【００９２】
次に、図１５の（ａ）〜（ｆ）および図１６の（ｇ）〜（ｊ）に基づき、本形態のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法について説明する。
【００９３】
まず図１５（ａ）に示す素子基板２０１は図１３および図１４に基づいて説明したように形成される。簡単に説明すると、Ｓｉ〔１００〕基板に熱拡散およびイオン注入法などの半導体プロセスを用いて、駆動素子を形成する。さらに、駆動素子に接続する配線および発熱抵抗体を形成しておく。次に、図１５（ｂ）に示すように素子基板２０１の表面および裏面全体を酸化膜３０２で覆い、フォトリソグラフィー法によるパターニングによって、図１５（ｃ）に示すように素子基板２０１の表面に酸化膜（ＳｉＯ２ 膜）３０２で覆われた部分と素子基板２０１が露出されている部分を形成する。この酸化膜３０２で覆われる部分は所望の液流路パターンに応じて形成される。その後、エピタキシャル成長、例えば低温エピタキシャル成長などの方法によって、図１５（ｄ）に示すように素子基板２０１の表面全体にＳｉを約２０μｍの厚さで成長させる。このとき、素子基板２０１が露出されていた部分には単結晶Ｓｉ２０３が形成され、酸化膜３０２で覆われていた部分には多結晶Ｓｉ３０４が形成される。
【００９４】
次に、このような単結晶Ｓｉ２０３および多結晶Ｓｉ３０４の表面全体にＣＶＤ法などの方法によって、図１５（ｅ）に示すようにＳｉＮ膜２０５を約５μｍの厚さに形成する。この後、フォトリソグラフィー法により、図１５（ｆ）に示すように多結晶Ｓｉ３０４上のＳｉＮ膜２０５に、インクを吐出するためのオリフィス穴（吐出口）２０６を形成する。次に、素子基板２１０の裏面に酸化膜３０２の一部をフォトリソグラフィー法により露光した後にバッファードフッ酸によって除去することで、図１６（ｇ）に示すような次工程の異方性エッチング用の窓３０７を形成する。次に、水酸化テトラメチルアンモニウムを用いた異方性エッチングによって、図１６（ｈ）に示すように素子基板２０１にインク供給用の貫通穴（供給口）２０７を形成し、多結晶Ｓｉ３０４を成長させるために素子基板２０１表面に形成したＳｉＯ２ 膜３０２を露出させる。貫通穴２０７の形成後、バッファードフッ酸によって、図１６（ｉ）に示すように素子基板２０１の表面および裏面のＳｉＯ２ 膜３０２を除去する。最後に、再び水酸化エトラメチルアンモニウムを用い、図１６（ｊ）に示すように多結晶Ｓｉ３０４のみをエッチングして除去し、液流路２０４を形成する。すなわち、単結晶Ｓｉ２０３およびＳｉＮ膜２０５と多結晶Ｓｉ３０４のエッチングレートは大きく異なるので、多結晶Ｓｉのエッチングが完了した時点でエッチングを終了させれば単結晶Ｓｉ２０３およびＳｉＮ膜２０５が残り、液流路２０４が形成される。以上の工程により、Ｓｉを主成分とする素子基板２１０上に単結晶Ｓｉ２０３の側壁およびＳｉＮ膜２０５の天井をもった構造の液流路２０４が形成される。また、以上の工程で形成した基板を１つのチップ単位で切断した後にできたものが図１１に示したインクジェット記録ヘッドである。
【００９５】
［第４の参考形態］
第３の参考形態のヘッド構造に代えて、液体を基板側から供給するのではなく基板の側方から供給する構造のヘッドも考えられる。図１７はこの形態のインクジェット記録ヘッドを最もよく表す斜視図であり、図１８は図１７のＢ−Ｂ'線断面図である。これらの図で示す形態のインクジェット記録ヘッドは、Ｓｉ基板の両側部の各々の表面に複数の発熱体５０２が１列に形成された素子基板５０１と、各発熱体５０２上に液体を流通させる複数の液流路５０４と、素子基板５０１上に形成されて液流路５０４の側壁をなす単結晶Ｓｉ５０３と、単結晶Ｓｉ５０３上に形成されて液流路５０４の天井をなすＳｉＮ膜５０５と、ＳｉＮ膜５０５に穿設され、複数の発熱体５０２の各々と対向する複数の吐出口５０６と、素子基板５０１の両側の各液流路５０４に液体を供給するための供給口５０７とを備えている。このように単結晶Ｓｉ５０３およびおＳｉＮ膜５０５が、素子基板５０１上に液流路５０４を構成する液流路部材となっている。また、発熱体５０２や液流路５０４の形成されていない素子基板２０１の両側部の表面には単結晶Ｓｉ５０３が覆われず、外部から電気信号を発熱体５０２に供給するための電気パッド５１０が形成されている。
【００９６】
このような構造は、第３の参考形態で示した工程において、一つの基板の両側部に多結晶Ｓｉを形成すれば製造可能である。そこで、図１９の（ａ）〜（ｆ）、および図２０の（ｇ）、（ｈ）に基づき、本形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。
【００９７】
まず、図１９（ａ）に示す素子基板５０１は第５の参考の形態で図１３および図１４に基づいて説明したように形成される。簡単に説明すると、Ｓｉ〔１００〕基板に熱拡散およびイオン注入法などの半導体プロセスを用いて、駆動素子を形成する。さらに、駆動素子に接続する配線および発熱抵抗体を形成しておく。次に、図１９（ｂ）に示すように素子基板５０１の表面および裏面全体を酸化膜６０２で覆い、フォトリソグラフィー法によるパターニングによって、図１９（ｃ）に示すように素子基板５０１の表面に酸化膜（ＳｉＯ2 膜）６０２で覆われた部分と素子基板５０１が露出されている部分を形成する。この場合、第１の参考形態と異なり、基板５０１の側部側の表面を酸化膜６０２で覆われた部分にする。そしてこの酸化膜６０２で覆われる部分は所望の液流路パターンに応じて形成される。その後、エポタキシャル成長、例えば低温エピタキシャル成長などの方法によって、図１９（ｄ）に示すように素子基板５０１の表面全体にＳｉを約２０μｍの厚さで成長させる。このとき、素子基板５０１が露出されていた部分には単結晶のＳｉ５０３が形成され、酸化膜６０２で覆われていた部分には多結晶のＳｉ６０４が形成される。
【００９８】
次に、このような単結晶Ｓｉ５０３および多結晶Ｓｉ６０４の表面全体にＣＶＤ法などの方法によって、図１９（ｅ）に示すようにＳｉＮ膜５０５を約５μｍの厚さに形成する。この後、フォトリソグラフィー法により、図１９（ｆ）に示すように多結晶Ｓｉ６０４上にＳｉＮ膜５０５に、インクを吐出するためのオリフィス穴（吐出口）５０６を形成する。次に、バッファードフッ酸によって、図２０（ｇ）に示すように基板５０１の側部側の表面および基板５０１の裏側の酸化膜６０２を除去する。最後に、水酸化テトラメチルアンモニウムを用い、図２０（ｈ）に示すように多結晶Ｓｉ６０４をエッチングして除去し、液流路５０４および供給口５０７を形成する。すなわち、単結晶Ｓｉ５０３およびＳｉＮ膜５０５と多結晶Ｓｉ６０４のエッチングレートは大きく異なるので、多結晶Ｓｉのエッチングが完了した時点でエッチングを終了させれば単結晶Ｓｉ５０３およびＳｉＮ膜５０５が残り、液流路５０４が形成される。以上の工程により、Ｓｉを主成分とする素子基板５０１上の両側部に単結晶Ｓｉ５０３の側壁およびＳｉＮ膜５０５の天井をもった構造の液流路５０４が形成される。また、以上の工程で形成した基板を１つのチップ単位で切断した後にできたものが図１７に示したインクジェット記録ヘッドである。
【００９９】
［その他の実施の形態］
図２１には、上記実施の形態のインクジェット記録ヘッドを装着して適用することのできる画像記録装置の一例を示す概略斜視図である。図２１において、符号７０１は上記実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドと液体収容タンクとが一体となったヘッドカートリッジを示す。このヘッドカートリッジ７０１は、駆動モータ７０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア７０３および７０４を介して回転するリードスクリュー７０５の螺旋溝７０６に対して係合するキャリッジ７０７上に搭載されており、上記駆動モータ７０２の動力によってキャリッジ７０７とともにガイド７０８に沿って矢印ａおよびｂ方向に往復移動される。図示しない記録媒体供給装置によってプラテンローラ７０９上を搬送されるプリント用紙（記録媒体）Ｐの紙押え板７１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテンローラ７０９に対して押圧する。
【０１００】
上記リードスクリュー７０５の一端の近傍には、フォトカプラ７１１および７１２が配設されている。これらはキャリッジ７０７のレバー７０７ａのこの域での存在を確認して駆動モータ７０２の回転方向切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。同図において、符号７１３は上述のヘッドカートリッジ７０１のインクジェット記録ヘッドの吐出口のある前面を覆うキャップ部材７１４を支持する支持部材を示している。また、符号７１５はキャップ部材７１４の内部に液体吐出ヘッドから空吐出などされて溜ったインクを吸引するインク吸引手段を示している。この吸引手段７１５によりキャップ内開口部を介して液体吐出ヘッドの吸引回復が行われる。符号７１７はクリーニングブレードを示し、符号７１８はブレード７１７を前後方向（上記キャリッジ７０７の移動方向に直交する方向）に移動可能にする移動部材を示しており、ブレード７１７および移動部材７１８は本体支持体７１９に支持されている。上記ブレード７１７はこの形態に限らず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。符号７２０は吸引回復操作に当たって、吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジ７０７と係合するカム７２１の移動に伴って移動し、駆動モータ７０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。上記ヘッドカートリッジ７０１の液体吐出ヘッドに設けられた発熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりする記録制御部は装置本体側に設けられており、ここには図示しない。
【０１０１】
上述の構成を有する画像記録装置７００は、図示しない被記録材供給装置によりプラテン７０９上に搬送されるプリント用紙（記録媒体）Ｐに対し、ヘッドカートリッジ７０１は用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によれば、インク吐出圧力発生素子と吐出口間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定可能であると同時に、熱による変形がなく、耐インク性、耐腐食性に優れ、寸法精度が高く、さらに膨潤などがなく信頼性の高い、高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することができる。
【０１０３】
また、本発明の方法では、特開平６−２８６１４９号公報に記載の方法と同様に、製造工程を短縮化することができ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の参考形態のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示す図である。
（ａ）平面図
（ｂ）Ｘ１−Ｘ１'断面図
【図２】第１の参考形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。
【図３】第２の参考形態のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示す図である。
（ａ）平面図
（ｂ）Ｘ２−Ｘ２'断面図
【図４】第２の参考形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１'断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２'断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図９】インク供給のための貫通孔の形状を示す図である。
【図１０】インク供給のための貫通孔の形状を示す図である。
【図１１】液体吐出ヘッドの第３の参考形態を最もよく表した斜視図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ'線断面図である。
【図１３】図１１に示した素子基板の発熱体部分（気泡発生領域）に相当する部分を示す断面図である。
【図１４】図１３の主要素子を縦断するように切断したときの模式的断面図である。
【図１５】第３の参考形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１６】第３の参考形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１７】液体吐出ヘッドの第４の参考形態を最もよく表した斜視図である。
【図１８】図１７のＢ−Ｂ'線断面図である。
【図１９】第４の参考形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２０】第４の参考形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２１】各形態による液体吐出ヘッドを装着して適用することのできる画像記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ ＳｉＯ2膜
３ ＰＳＧ（フォスフォシリケートグラス）膜
４ 窒化シリコン膜
７ 電気熱変換素子
１１ 開口（ＳｉＯ2膜に設けられた開口）
１２ 開口
１３ 貫通孔
１４ 吐出口
１５ 吐出口面
１６ 溝
２３ Ａｌ膜
１０１，４０１ Ｓｉ基板
１０２，４１４ 蓄熱層
１０３ 層間膜
１０４ 抵抗層
１０５ 配線
１０６ 保護層
１０７ 耐キャビテーション膜
１０８ 熱作用部
２０１，５０１ 素子基板
２０２，５０２ 発熱体
２０３，５０３ 単結晶Ｓｉ（液流路の側壁）
２０４，５０４ 液流路
２０５，５０５ ＳｉＮ膜（液流路の天井）
２０６，５０６ 吐出口（オリフィス穴）
２０７，５０７ 供給口
２１０，５１０ 電気パッド
３０２，６０２ 酸化膜（ＳｉＯ2 膜）
３０４，６０４ 多結晶Ｓｉ
３０７ エッチング用窓
４０２ Ｎ型ウェル領域
４０３ Ｐ型ウェル領域
４０５，４１２ ソース領域
４０６，４１１ ドレイン領域
４０８ ゲート絶縁膜
【従来の技術】
インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に微細な記録液吐出口、液流路および該液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を複数備えている。そして、このようなインクジェット記録ヘッドで高品位の画像を得るためには、前記吐出口から吐出される記録液小滴がそれぞれの吐出口より常に同じ体積、吐出速度で吐出されることが望ましい。これを達成するために、特開平４−１０９４０号〜特開平４−１０９４２号公報においては、インク吐出圧力発生素子（電気熱変換素子）に記録情報に対応して駆動信号を印加し、電気熱変換素子にインクの核沸騰を越える急激な温度上昇を与える熱エネルギーを発生させ、インク内に気泡を形成させ、この気泡を外気と連通させてインク液滴を吐出させる方法が開示されている。
【０００２】
このような方法を実現するためのインクジェット記録ヘッドとしては、電気熱変換素子と吐出口との距離（以下、「ＯＨ距離」と称す。）が短い方が好ましい。また、前記方法においては、ＯＨ距離がその吐出体積をほぼ決定するため、ＯＨ距離を正確に、また再現よく設定できることが必要である。
【０００３】
従来、インクジェット記録ヘッドの製造方法としては、特開昭５７−２０８２５５号公報〜特開昭５７−２０８２５６号公報に記載されている方法、すなわち、インク吐出圧力発生素子が形成された基体上にインク流路および吐出口部からなるノズルを感光性樹脂材料を使用してパターン形成して、この上にガラス板などの蓋を接合する方法や、特開昭６１−１５４９４７号公報に記載されている方法、すなわち、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成し、該パターンをエポキシ樹脂などで被覆して該樹脂を硬化し、基板を切断後に前記溶解可能な樹脂パターンを溶出除去する方法などがある。しかし、これらの方法は、いずれも気泡の成長方向と吐出方向とが異なる（ほぼ垂直）タイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法である。そして、このタイプのヘッドにおいては、基板を切断することによりインク吐出圧力発生素子と吐出口との距離が設定されるため、インク吐出圧力発生素子と吐出口との距離の制御においては、切断精度が非常に重要なファクターとなる。しかしながら、切断はダイシングソーなどの機械的手段にて行うことが一般的であり、高い精度を実現することは難しい。
【０００４】
また、気泡の成長方向と吐出方向とがほぼ同じタイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法としては、特開昭５８−８６５８号公報に記載されている方法、すなわち、基体とオリフィスプレートとなるドライフィルムとをパターニングされた別のドライフィルムを介して接合し、フォトリソグラフィーによって吐出口を形成する方法や、特開昭６２−２６４９７５号公報に記載されている方法、すなわち、インク吐出圧力発生素子が形成された基体と電鋳加工により製造されるオリフィスプレートとをパターニングされたドライフィルムを介して接合する方法などがある。しかし、これらの方法では、いずれもオリフィスプレートを薄く（例えば２０μｍ以下）かつ均一に作成することは困難であり、例えば作成できたとしても、インク吐出圧力発生素子が形成された基体との接合工程はオリフィスプレートの脆弱性により極めて困難となる。
【０００５】
これらの問題を解決するために、特開平６−２８６１４９号公報には、インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に、▲１▼溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成した後、▲２▼常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解して、これを前記溶解可能な樹脂層上にソルベントコートすることによって、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成し、次いで▲３▼前記インク吐出圧力発生素子上方の前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成してから、▲４▼前記溶解可能な樹脂層を溶出することにより、インク吐出圧力発生素子と吐出口間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定可能で、高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドを製造することができることが記載されている。また、この方法では、製造工程を短縮化することができ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２８６１４９号公報に記載の方法では次のような問題点があった。
【０００７】
▲１▼通常シリコン基板上に樹脂でインク流路壁を形成することになるため、無機材料と樹脂との線膨張率の違いによる変形が起きやすく機械的特性に問題がある。
【０００８】
▲２▼樹脂は、エッジ部が丸くなりやすいために、吐出口のエッジの切れが悪くなりがちであるので、寸法精度が必ずしも十分でない場合がある。
【０００９】
▲３▼樹脂は、膨潤したり剥がれやすかったりするので、信頼性が必ずしも十分でない場合がある。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、インク吐出圧力発生素子と吐出口間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定可能であると同時に、熱による変形がなく、耐インク性、耐腐食性に優れ、寸法精度が高く、さらに膨潤などがなく信頼性の高い、高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、この方法では、特開平６−２８６１４９号公報に記載の方法と同様に、製造工程を短縮化することができ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【００１２】
本発明は、インク吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子が形成された基体上に、
Ａｌからなる溶解可能な無機材料を用いて、前記エネルギー発生素子に対応する位置に設けられるインク流路のパターン状に無機材料膜を形成する工程と、
該無機材料膜上に、前記インク流路の壁となる窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記窒化シリコン膜の前記エネルギー発生素子に対応する位置に対してドライエッチングを行い、該ドライエッチングを前記無機材料膜でストップさせて前記インク吐出口を形成する工程と、
前記無機材料膜を溶出して前記インク流路を形成する工程と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【００１６】
そして、前記Ａｌからなる第１無機材料膜を溶出する工程において、リン酸あるいは塩酸を用いて前記無機材料膜をエッチングすることができる。
【００１８】
そして、前記窒化シリコン膜にインク吐出口を形成する工程において、ＩＣＰエッチングを用いることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明において、インク流路となる部分を形成するための第１の無機材料は、インク流路の壁を形成するための第２の無機材料と比べると溶出の際に用いられる溶剤（エッチング液）に溶解しやすく、後に溶出できるようなものであり、溶出残り（エッチング残り）があった場合でも、アルカリ性のインクを注入した際に溶かし出されるようなものが好ましい。このようなものとしては、例えば、ＰＳＧ（フォスフォシリケートグラス）、ＢＰＳＧ（ボロンフォスフォシリケートグラス）、酸化シリコンなどを用いることが好ましい。これらの材料に対しては、後の工程でフッ酸を用いることで溶出除去することができる。第１の無機材料としては、バッファードフッ酸に対してエッチングレートが高いことから、特にＰＳＧが好ましい。また、溶出の際に用いられる溶解の無機材料に対するダメージに着目した場合には第１の無機材料として、Ａｌ、溶剤としては、常温条件でのリン酸、あるいは塩酸が好ましい。
【００２２】
また、本発明において、第２の無機材料としては、第１の無機材料と比べると溶出に用いられる溶剤（エッチング液）に溶解し難く、また、耐インク性などの化学的安定性が高く、吐出口面として満足できる機械的強度などの物理的特性を持つものが用いられる。このようなものとして、一般的な半導体製造方法で使用される窒化シリコンが好ましく、本発明においても窒化シリコンが用いられる。
【００２３】
参考として、第１の無機材料として、ＰＳＧ（フォスフォリンシリケートグラス）、ＢＰＳＧ（ボロンフォスフォリンシリケートグラス）、または酸化シリコンなどを用いて、第２の無機材料として窒化シリコンを用いた場合、次のような効果が得られる。
【００２４】
▲１▼耐インク性などの耐腐食性が極めてよい。
【００２５】
▲２▼基板として、通常シリコン基板が用いられるので、熱膨張の差が小さく、熱による変形の問題がない。
【００２６】
▲３▼窒化シリコン膜に吐出口を形成する際に、フォトリソグラフィプロセスで行うことができるので寸法精度および位置精度がよい。
【００２７】
▲４▼インクによる膨潤が起きないので信頼性が高い。
【００２８】
▲５▼すべての工程をフォトリソプロセスで形成することができので、クリーン度が高くメカ組立上のゴミの問題がない。
【００２９】
▲６▼樹脂を使わないので、有機溶剤を使用しないので、電気熱変換素子などのインク吐出圧力発生素子表面を汚染することがない。
【００３０】
▲７▼吐出口を垂直または逆テーパー状に形成することが可能である。
【００３１】
▲８▼吐出口形成後に、３００〜４００℃の熱処理を行うことができる。したがって、撥水処理を高温が必要なプラズマ重合などで吐出口表面に均一に付けることができる。
【００３２】
▲９▼窒化シリコンは固い膜であるので、ヘッド回復時のワイピングに対する耐擦過性が高く、ヘッドの耐久性がよい。
【００３３】
Ａｌを第１の無機材料として用いる本発明では、さらに以下の効果が得られる。
【００３４】
（１）前記第２の無機材料として、エッチング時に溶解し難く、また耐インク性などの化学的安定性が高く、吐出口面として、満足できる機械的強度などの物理特性をもつ窒化シリコンを用いるので、ＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 ，Ｃ3 Ｆ8 ，ＳＦ6 などのガスを用いたオリフィス部のエッチングにおいて、エッチング選択比が２０：１以上と大きいため、エッチングストッパー（下地へのダメージ防止）としての効果が得られる。
【００３５】
（２）また、オリフィス部分の形状として、下地エッチングによるアンダーカット形状の発生がなくなる。
【００３６】
また、吐出口および液流路を有する液流路部材の材料が、Ｓｉを基体とする素子基板と同様にＳｉを主成分とする構成にすれば、素子基板と液流路部材とで熱膨張係数差が生じない。そのため、高速印字によってヘッド内に蓄熱する熱の影響で素子基板および液流路部材の密着性や相対位置精度が悪化することはない。また、液流路部材を半導体プロセスにより作製できるため、発熱素子と吐出口間の距離を極めて高い精度でかつ再現よく設定可能である。さらに、液流路部材の材質がＳｉを主成分にしているので、耐インク性、耐腐食性に優れている。以上のことから、信頼性の高い、高品位記録が可能となる。
【００３７】
以下に、参考形態と実施形態とを用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
［第１の参考形態］
図１は、本参考形態により製造されるサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図中Ｘ１−Ｘ１'断面を示す。窒化シリコンで形成された吐出口面１５に吐出口１４が形成されている。図３（ａ）〜（ｈ）は、図１のＹ１−Ｙ１'断面に対応した本参考形態の工程を示した図である。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、まず、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＨｆＢ２ からなるヒーター）を形成し、さらに熱変換体およびそれに電気的な接続を行う配線上に、それらをインクから保護する保護膜と耐キャビテーション膜を形成したシリコン基板１の下面に、ＣＶＤ法によって、温度４００℃の条件でＳｉＯ２ 膜２を約２μｍの厚さに形成する。
【００４０】
図２（ｂ）に示すように、このＳｉＯ２ 膜２上にレジストを塗布し、露光、現像後、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、開口１１を形成する。ＳｉＯ２ 膜２は、後に貫通孔１３を形成するときのマスクとなり、開口１１から貫通孔１３が形成されるようになる。ＳｉＯ２ 膜のエッチングは、例えば、ドライエッチングを用いるときは、ＣＦ４ をエッチングガスとして用いるリアクティブイオンエッチングまたはプラズマエッチングで行い、ウェットエッチングのときはバッファードフッ酸を用いて行う。
【００４１】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板の上面側にＣＶＤ法により、温度３５０℃の条件でＰＳＧ（フォスフォシリケートグラス）膜３を厚さ約２０μｍの厚さに形成する。
【００４２】
次に、図２（ｄ）に示すように、ＰＳＧ膜３を加工して所定の流路パターンを形成する。ここで、レジストを用いたドライエッチングでＰＳＧ膜の加工を行うと、下面のＳｉＯ２ 膜がダメージを受けないので好ましい。
【００４３】
次に、図２（ｅ）に示すように、流路パターン状に形成されたＰＳＧ膜３の上にＣＶＤ法によって温度４００℃の条件で約５μｍの厚さに窒化シリコン膜４を形成する。このとき、開口１２も窒化シリコン膜で埋められる。
【００４４】
ここで、形成した窒化シリコン膜の膜厚は、吐出口の厚さを規定し、先に形成したＰＳＧ膜の膜厚はインク流路のギャップを規定し、インクジェットのインク吐出特性に大きな影響を及ぼすので、窒化シリコン膜の膜厚およびＰＳＧ膜の膜厚は、必要とされる特性に合わせて適宜決められる。
【００４５】
次に、図２（ｆ）に示すように、先に形状加工したＳｉＯ２ 膜２をマスクとしてシリコン基板１に、インクの供給口として貫通孔１３を形成する。貫通孔の形成方法は、どのような方法でもよいが、基板に対して電気的なダメージがなく、低温で形成できることから、ＣＦ４ および酸素をエッチングガスとして用いてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング法で行うことが好ましい。
【００４６】
次に、図２（ｇ）に示すように、窒化シリコン膜４をレジストを用いて、ドライエッチングにより吐出口１４を形成する。この形成方法として、異方性の高いリアクティブイオンエッチングを用いると、さらに以下のような効果が得られる。
【００４７】
すなわち、従来のサイドシューター型のインクジェット記録ヘッド構造では、吐出口部分が樹脂であるためにエッジ部分が丸くなり吐出特性に悪影響がでる可能性があり、これを避けるために電鋳によって形成したオリフィスプレートを貼り付けていたりしていたが、本参考形態のように、窒化シリコン膜４にリアクティブイオンエッチングを用いて吐出口１４を形成すると、吐出口のエッジをシャープに形成することができる。
【００４８】
さらに窒化シリコン膜を多層化し、下部の方のエッチングレートが高くなるようにしたり、組成を徐々に変化させるようにすることで、吐出口の出口が狭く、内部の方が広くなる逆テーパ状に形成することができる。逆テーパー状の吐出口にすることで、印刷精度がさらに向上する。
【００４９】
また、このように吐出口のエッジの形状がよい場合は、プラズマ重合法により撥水膜を形成する際に、表面のみに撥水膜を形成することが可能になる。また、窒化シリコン膜表面にイオン打ち込みによって撥水性をもたせるときにも、吐出口内が撥水性をもつことがないので、インクの飛翔方向がずれたりすることがなく、精度の高い印刷が可能になる。
【００５０】
次に、図２（ｈ）にい示すように、吐出口１４および貫通孔１３からバッファードフッ酸を用いて、ＰＳＧ膜３を溶出除去する。
【００５１】
その後、吐出口表面にプラズマ重合によりＳｉを含む撥水膜を形成し、Ｓｉ基板１の底面側にインク供給部材（図示していない）を貼り付けてインクジェット記録ヘッドを完成する。
【００５２】
［第２の参考形態］
第１の参考形態では、吐出口面の段差をなくすために、ＰＳＧの台を形成しているが、この参考形態では、図３に示すように、吐出口間にインクを逃がすための溝１６を設けた。図３（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図中Ｘ２−Ｘ２'断面を示す。図４（ａ）〜（ｈ）は、図３のＹ２−Ｙ２'断面に対応した本参考形態の製造工程を示した図である。
【００５３】
この参考形態の製造工程は、ＰＳＧ膜３を加工して流路パターンを形成するときのパターンが異なる以外は、第１の参考形態と同様である。図４の（ａ）〜（ｈ）は、図２（ａ）〜（ｈ）に対応している。
【００５４】
図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の参考形態と同様に、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＨｆＢ2 からなるヒーター、図４においては図示を省略した。）を形成したシリコン基板１下面に、ＳｉＯ2 膜２を約２μｍの厚さに形成した後、開口１１を形成する。さらに、基板の上面側にＰＳＧ膜３を形成する。
【００５５】
次に、図４（ｄ）に示すように、所定の流路パターンを形成する。この参考形態では、開口１２を大きく形成する。
【００５６】
次に、図４（ｅ）に示すように、流路パターン状に形成されたＰＳＧ膜３の上に窒化シリコン膜４を形成すると、開口１２の部分に窒化シリコン膜の溝が形成される。
【００５７】
その後、第１の参考形態と全く同様にして、図４（ｆ）〜（ｈ）に示すように、インクの供給口として貫通孔１３を形成し、窒化シリコン膜４をレジストを用いてドライエッチングにより吐出口１４を形成した後、さらに吐出口１４および貫通孔１３からバッファードフッ酸を用いて、ＰＳＧ膜３を溶出除去する。
【００５８】
その後第１の参考形態と同様にしてインクジェット記録ヘッドを完成する。
【００５９】
［第１の実施の形態］
図５は、本実施形態により製造されるサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図中Ｘ１−Ｘ１'断面を示す。窒化シリコンで形成された吐出口面１５に吐出口１４が形成されている。図６（ａ）〜（ｈ）は、図１のＹ１−Ｙ１'断面に対応した本実施形態の工程を示した図である。
【００６０】
図６（ａ）に示すように、まず、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＴａＮ２ からなるヒーター）を形成し、さらに熱変換体およびそれに電気的に接続を行う配線上に、それらをインクから保護する保護膜と耐キャビテーション膜を形成したシリコン基板１の下面に、ＣＶＤ法によって、温度４００℃の条件でＳｉＯ２ 膜２を約２μｍの厚さに形成する。
【００６１】
図６（ｂ）に示すように、このＳｉＯ２ 膜２上にレジストを塗布し、露光、現像後、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、開口１１を形成する。ＳｉＯ２ 膜２は、後に貫通孔１３を形成するときのマスクとなり、開口１１から貫通孔１３が形成されるようになる。ＳｉＯ２ 膜のエッチングは、例えば、ドライエッチングを用いるときは、ＣＦ４ をエッチングガスとして用いるリアクティブイオンエッチングまたはプラズマエッチングで行い、ウェットエッチングのときはバッファードフッ酸を用いて行う。
【００６２】
次に、図６（ｃ）に示すように、基板１の上面側にスパッタ法あるいは蒸着法によりＡｌ膜２３を約１０μｍの厚さに形成する。
【００６３】
次に、図６（ｄ）に示すように、Ａｌ膜２３を加工して所定の流路パターンを形成する。ここで、レジストを用いたウェットエッチングでＡｌ膜の加工を行うと、下面のＳｉＯ２ 膜２がダメージを受けないので好ましい。
【００６４】
次に、図６（ｅ）に示すように、流路パターン状に形成されたＡｌ膜２３の上にＣＶＤ法によって温度４００℃の条件で約１０μｍの厚さに窒化シリコン膜４を形成する。このとき、開口１２も窒化シリコン膜４で埋められる。
【００６５】
ここで形成した窒化シリコン膜４の膜厚は、吐出口の厚さを規定し、先に形成したＡｌ膜２３の膜厚はインク流路のギャップを規定し、インクジェットのインク吐出特性に大きな影響を及ぼすので、窒化シリコン膜４の膜厚およびＡｌ膜２３の膜厚は、必要とされる特性に合わせて適宜決められる。
【００６６】
次に、図６（ｆ）に示すように、先に形状加工したＳｉＯ２ 膜２をマスクとしてシリコン基板１に、インクの供給口として貫通孔１３を形成する。貫通孔１３の形成方法は、どのような方法でもよいが、基板に対して電気的なダメージがなく、低温で形成できることから、ＣＦ４ 、Ｃ２ Ｆ６ 、Ｃ３ Ｆ８ 、ＳＦ６ 、などのガスおよび酸素をエッチングガスとして用いてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング法で行うことが好ましい。
【００６７】
次に、図６（ｇ）に示すように、窒化シリコン膜４をレジストを用いて、ドライエッチングにより吐出口１４を形成する。この形成方法として、異方性の高いリアクティブイオンエッチング、例えばＩＣＰエッチングなどを用いると、さらに以下のような効果が得られる。
【００６８】
すなわち、従来のサイドシューター型のインクジェット記録ヘッド構造では、吐出口部分が樹脂であるためエッジ部分が丸くなり吐出特性に悪影響がでる可能性があり、これを避けるために電鋳によって形成したオリフィスプレートを貼り付けていたりしていたが、本実施形態のように、窒化シリコン膜４にリアクテイィブイオンエッチングを用いて吐出口１４を形成すると、吐出口のエッジをシャープに形成することができる。
【００６９】
さらに窒化シリコン膜を多層化し、下部の方のエッチングレートが高くなるようにしたり、組成を徐々に変化させるようにすることで、吐出口の出口が狭く、内部の方が広くなる逆テーパ状に形成することができる。逆テーパー状の吐出口にすることで、印刷精度がさらに向上する。
【００７０】
また、このように吐出口のエッジの形状がよい場合は、プラズマ重合法により撥水膜を形成する際に、表面のみに撥水膜を形成することが可能になる。また、窒化シリコン膜表面にイオン打ち込みによって撥水性をもたせるときにも、吐出口内が撥水性をもつことがないので、インクの飛翔方向がずれたりすることがなく、精度の高い印刷が可能になる。
【００７１】
次に、図６（ｈ）に示すように、吐出口１４および貫通孔１３から常温条件でリン酸あるいは塩酸を用いて、Ａｌ膜２３を溶出除去する。
【００７２】
その後、吐出口表面にプラズマ重合によりＳｉを含む撥水膜を形成し、Ｓｉ基板１の底面側にインク供給部材（図示していない）を貼り付けてインクジェット記録ヘッドを完成する。
【００７３】
また、この吐出口１４の形成の際、窒化シリコン膜がエッチングされた後、下地の層にＡｌが用いられることによって、そこでエッチングがストップする。このエッチング層は、エッチングガスによってほとんど影響を受けないためにさらに下地の層への影響もなくなる。
【００７４】
［第２の実施の形態］
第１の実施形態では、吐出口面の段差をなくすために、Ａｌの台を形成しているが、この実施形態では、図７に示すように、吐出口間にインクを逃がすための溝１６を設けた。図７（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の図中Ｘ２−Ｘ２'断面を示す。図８（ａ）〜（ｈ）は、図７のＹ２−Ｙ２'断面に対応した本実施形態の製造工程を示した図である。
【００７５】
この実施形態の製造工程は、Ａｌ膜２３を加工して流路パターンを形成するときのパターンが異なる以外は、第１の実施の形態と同様である。図８の（ａ）〜（ｈ）は、図６（ａ）〜（ｈ）に対応している。
【００７６】
図８の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様に、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子７（材質ＴａＮ2からなるヒーター、図８においては図示を省略した。）を形成したシリコン基板１下面に、ＳｉＯ2 膜２を約２μｍの厚さに形成した後、開口１１を形成する。さらに、基板の上面側にＡｌ膜２３を形成する。
【００７７】
次に、図８（ｄ）に示すように、所定の流路パターンを形成する。この実施形態では、開口１２を大きく形成する。
【００７８】
次に、図８（ｅ）に示すように、流路パターン状に形成されたＡｌ膜２３の上に窒化シリコン膜４を形成すると、開口１２の部分に窒化シリコン膜の溝が形成される。
【００７９】
その後、第１の参考形態と全く同様にして、図８（ｆ）〜（ｈ）に示すように、インクの供給口として貫通孔１３を形成し、窒化シリコン膜４をレジストを用いてドライエッチングにより吐出口１４を形成した後、さらに吐出口１４および貫通孔１３から常温のリン酸あるいは塩酸を用いて、Ａｌ膜２３を溶出除去する。
【００８０】
その後第１の実施の形態と同様にしてインクジェット記録ヘッドを完成する。
【００８１】
以上の第１及び第２の参考形態及び第１及び第２の実施形態において、貫通孔１３の形状は、平面的には図１０のように形成されるのが一般的である。しかし、第１及び第２の参考形態、第１及び第２の実施形態で用いたように、貫通孔をＩＣＰエッチングで形成する場合は、貫通孔の形状を自由に形成できるので、図９に示したように吐出口を囲むように形成すると、インクのリフィルがよくなり吐出速度をさらに向上することができる。
【００８２】
［第３の参考形態］
図１１はインクジェット記録ヘッドの第３の参考形態を最もよく表した斜視図である。図１２は図１１のＡ−Ａ'線断面図である。これらの図で示す形態のインクジェット記録ヘッドは、Ｓｉ基板の表面中央に複数の発熱体２０２が２列で形成された素子基板２０１と、各発熱体２０２上に液体を流通させる液流路（インク流路）２０４と、素子基板２０１上に形成されて液流路２０４の側壁をなす単結晶Ｓｉ２０３と、単結晶Ｓｉ２０３上に形成されて液流路２０４の天井をなすＳｉＮ膜２０５と、ＳｉＮ膜２０５に穿設され、複数の発熱体２０２の各々と対向する複数の（インク）吐出口２０６と、素子基板２０１を貫通した、液流路２０５に液体を供給するための供給口２０７とを備えている。このように単結晶Ｓｉ２０３およびＳｉＮ膜２０５が、素子基板２０１上に液流路２０４を構成する液流路部材となっている。また、素子基板２０１の両側部の表面には単結晶Ｓｉ２０３が覆われず、外部から電気信号を発熱体２０２に供給するための電気パッド２１０が形成されている。
【００８３】
ここで、上記の素子基板２０１について説明する。図１３は素子基板２０１の発熱体部分（気泡発生領域）に相当する部分を示す断面図である。この図において、符号１０１はＳｉ基板、符号１０２は蓄熱層であるところの熱酸化膜（ＳｉＯ２ 膜）を示す。符号１０３は蓄熱層を兼ねる層間膜であるところのＳｉＯ２ 膜またはＳｉ２ Ｎ４ 膜、符号１０４は抵抗層、符号１０５はＡｌまたはＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−ＣｕなどのＡｌ合金配線、符号１０６は保護膜であるところのＳｉＯ２ 膜またはＳｉ２ Ｎ４ 膜を示す。符号１０７は抵抗層１０４の発熱に伴う化学的・物理的衝撃から保護膜１０６を守るための耐キャビテーション膜である。符号１０８は、電極配線１０５が形成されていない領域の抵抗層１０４の熱作用部である。これらは、半導体プロセス技術により形成されている。
【００８４】
図１４に、主要素子を縦断するように切断したときの模式的断面図を示す。
【００８５】
Ｐ型導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭＯＳプロセスを用いイオンプラテーションなどの不純物導入および拡散によりＮ型ウェル領域４０２にＰ−ＭＯＳ４５０、Ｐ型ウェル領域４０３にＮ−ＭＯＳ４５１が構成される。Ｐ−ＭＯＳ４５０およびＮ−ＭＯＳ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８を介して４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５およびＮ型あるいはＰ型の不純物を導入したソース領域４０５、ドレイン領域４０６などで構成され、それらＰ−ＭＯＳとＮ−ＭＯＳによりＣ−ＭＯＳロジックが構成される。
【００８６】
また、素子駆動用Ｎ−ＭＯＳトランジスタは、やはり不純物導入および拡散などの工程によりＰ型ウェル領域中にドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３などで構成される。
【００８７】
ここでは、Ｎ−ＭＯＳトランジスタを使った構成で説明しているが、複数の発熱素子を個別に駆動できる能力をもち、かつ、上述したような微細構造を達成できる機能をもつトランジスタであれば、これに限らない。
【００８８】
また、各素子間は、５０００Å以上１００００Å以下の厚さのフィールド酸化により、酸化膜分離領域４５３を形成し、素子分離されている。このフィールド酸化膜は熱作用部１０８下においては一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【００８９】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ、ＢＰＳＧ膜などで堆積され、熱処理により平坦化処理などをされてからコンタクトホールを介し、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行われている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ２ 膜などの層間絶縁膜４１８を１００００Å以上１５０００Å以下の厚さに堆積し、さらにスルーホールを介して、抵抗層１０４として約１０００Åの厚さのＴａＮ０．８ｈｅｘ膜をＤＣスパッタ法により形成した。その後、各発熱体への配線となる第２の配線層Ａｌ電極を形成した。
【００９０】
保護膜１０６としては、プラズマＣＶＤによるＳｉ２ Ｎ４ 膜が、約１００００Åの厚さに成膜される。最上層には、耐キャビテーション膜１０７がＴａなどで約２５００Åの厚さに堆積される。
【００９１】
以上のように本形態では、液流路部材と素子基板を構成する材料がすべてＳｉを主成分とした材料となっている。
【００９２】
次に、図１５の（ａ）〜（ｆ）および図１６の（ｇ）〜（ｊ）に基づき、本形態のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法について説明する。
【００９３】
まず図１５（ａ）に示す素子基板２０１は図１３および図１４に基づいて説明したように形成される。簡単に説明すると、Ｓｉ〔１００〕基板に熱拡散およびイオン注入法などの半導体プロセスを用いて、駆動素子を形成する。さらに、駆動素子に接続する配線および発熱抵抗体を形成しておく。次に、図１５（ｂ）に示すように素子基板２０１の表面および裏面全体を酸化膜３０２で覆い、フォトリソグラフィー法によるパターニングによって、図１５（ｃ）に示すように素子基板２０１の表面に酸化膜（ＳｉＯ２ 膜）３０２で覆われた部分と素子基板２０１が露出されている部分を形成する。この酸化膜３０２で覆われる部分は所望の液流路パターンに応じて形成される。その後、エピタキシャル成長、例えば低温エピタキシャル成長などの方法によって、図１５（ｄ）に示すように素子基板２０１の表面全体にＳｉを約２０μｍの厚さで成長させる。このとき、素子基板２０１が露出されていた部分には単結晶Ｓｉ２０３が形成され、酸化膜３０２で覆われていた部分には多結晶Ｓｉ３０４が形成される。
【００９４】
次に、このような単結晶Ｓｉ２０３および多結晶Ｓｉ３０４の表面全体にＣＶＤ法などの方法によって、図１５（ｅ）に示すようにＳｉＮ膜２０５を約５μｍの厚さに形成する。この後、フォトリソグラフィー法により、図１５（ｆ）に示すように多結晶Ｓｉ３０４上のＳｉＮ膜２０５に、インクを吐出するためのオリフィス穴（吐出口）２０６を形成する。次に、素子基板２１０の裏面に酸化膜３０２の一部をフォトリソグラフィー法により露光した後にバッファードフッ酸によって除去することで、図１６（ｇ）に示すような次工程の異方性エッチング用の窓３０７を形成する。次に、水酸化テトラメチルアンモニウムを用いた異方性エッチングによって、図１６（ｈ）に示すように素子基板２０１にインク供給用の貫通穴（供給口）２０７を形成し、多結晶Ｓｉ３０４を成長させるために素子基板２０１表面に形成したＳｉＯ２ 膜３０２を露出させる。貫通穴２０７の形成後、バッファードフッ酸によって、図１６（ｉ）に示すように素子基板２０１の表面および裏面のＳｉＯ２ 膜３０２を除去する。最後に、再び水酸化エトラメチルアンモニウムを用い、図１６（ｊ）に示すように多結晶Ｓｉ３０４のみをエッチングして除去し、液流路２０４を形成する。すなわち、単結晶Ｓｉ２０３およびＳｉＮ膜２０５と多結晶Ｓｉ３０４のエッチングレートは大きく異なるので、多結晶Ｓｉのエッチングが完了した時点でエッチングを終了させれば単結晶Ｓｉ２０３およびＳｉＮ膜２０５が残り、液流路２０４が形成される。以上の工程により、Ｓｉを主成分とする素子基板２１０上に単結晶Ｓｉ２０３の側壁およびＳｉＮ膜２０５の天井をもった構造の液流路２０４が形成される。また、以上の工程で形成した基板を１つのチップ単位で切断した後にできたものが図１１に示したインクジェット記録ヘッドである。
【００９５】
［第４の参考形態］
第３の参考形態のヘッド構造に代えて、液体を基板側から供給するのではなく基板の側方から供給する構造のヘッドも考えられる。図１７はこの形態のインクジェット記録ヘッドを最もよく表す斜視図であり、図１８は図１７のＢ−Ｂ'線断面図である。これらの図で示す形態のインクジェット記録ヘッドは、Ｓｉ基板の両側部の各々の表面に複数の発熱体５０２が１列に形成された素子基板５０１と、各発熱体５０２上に液体を流通させる複数の液流路５０４と、素子基板５０１上に形成されて液流路５０４の側壁をなす単結晶Ｓｉ５０３と、単結晶Ｓｉ５０３上に形成されて液流路５０４の天井をなすＳｉＮ膜５０５と、ＳｉＮ膜５０５に穿設され、複数の発熱体５０２の各々と対向する複数の吐出口５０６と、素子基板５０１の両側の各液流路５０４に液体を供給するための供給口５０７とを備えている。このように単結晶Ｓｉ５０３およびおＳｉＮ膜５０５が、素子基板５０１上に液流路５０４を構成する液流路部材となっている。また、発熱体５０２や液流路５０４の形成されていない素子基板２０１の両側部の表面には単結晶Ｓｉ５０３が覆われず、外部から電気信号を発熱体５０２に供給するための電気パッド５１０が形成されている。
【００９６】
このような構造は、第３の参考形態で示した工程において、一つの基板の両側部に多結晶Ｓｉを形成すれば製造可能である。そこで、図１９の（ａ）〜（ｆ）、および図２０の（ｇ）、（ｈ）に基づき、本形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。
【００９７】
まず、図１９（ａ）に示す素子基板５０１は第５の参考の形態で図１３および図１４に基づいて説明したように形成される。簡単に説明すると、Ｓｉ〔１００〕基板に熱拡散およびイオン注入法などの半導体プロセスを用いて、駆動素子を形成する。さらに、駆動素子に接続する配線および発熱抵抗体を形成しておく。次に、図１９（ｂ）に示すように素子基板５０１の表面および裏面全体を酸化膜６０２で覆い、フォトリソグラフィー法によるパターニングによって、図１９（ｃ）に示すように素子基板５０１の表面に酸化膜（ＳｉＯ2 膜）６０２で覆われた部分と素子基板５０１が露出されている部分を形成する。この場合、第１の参考形態と異なり、基板５０１の側部側の表面を酸化膜６０２で覆われた部分にする。そしてこの酸化膜６０２で覆われる部分は所望の液流路パターンに応じて形成される。その後、エポタキシャル成長、例えば低温エピタキシャル成長などの方法によって、図１９（ｄ）に示すように素子基板５０１の表面全体にＳｉを約２０μｍの厚さで成長させる。このとき、素子基板５０１が露出されていた部分には単結晶のＳｉ５０３が形成され、酸化膜６０２で覆われていた部分には多結晶のＳｉ６０４が形成される。
【００９８】
次に、このような単結晶Ｓｉ５０３および多結晶Ｓｉ６０４の表面全体にＣＶＤ法などの方法によって、図１９（ｅ）に示すようにＳｉＮ膜５０５を約５μｍの厚さに形成する。この後、フォトリソグラフィー法により、図１９（ｆ）に示すように多結晶Ｓｉ６０４上にＳｉＮ膜５０５に、インクを吐出するためのオリフィス穴（吐出口）５０６を形成する。次に、バッファードフッ酸によって、図２０（ｇ）に示すように基板５０１の側部側の表面および基板５０１の裏側の酸化膜６０２を除去する。最後に、水酸化テトラメチルアンモニウムを用い、図２０（ｈ）に示すように多結晶Ｓｉ６０４をエッチングして除去し、液流路５０４および供給口５０７を形成する。すなわち、単結晶Ｓｉ５０３およびＳｉＮ膜５０５と多結晶Ｓｉ６０４のエッチングレートは大きく異なるので、多結晶Ｓｉのエッチングが完了した時点でエッチングを終了させれば単結晶Ｓｉ５０３およびＳｉＮ膜５０５が残り、液流路５０４が形成される。以上の工程により、Ｓｉを主成分とする素子基板５０１上の両側部に単結晶Ｓｉ５０３の側壁およびＳｉＮ膜５０５の天井をもった構造の液流路５０４が形成される。また、以上の工程で形成した基板を１つのチップ単位で切断した後にできたものが図１７に示したインクジェット記録ヘッドである。
【００９９】
［その他の実施の形態］
図２１には、上記実施の形態のインクジェット記録ヘッドを装着して適用することのできる画像記録装置の一例を示す概略斜視図である。図２１において、符号７０１は上記実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドと液体収容タンクとが一体となったヘッドカートリッジを示す。このヘッドカートリッジ７０１は、駆動モータ７０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア７０３および７０４を介して回転するリードスクリュー７０５の螺旋溝７０６に対して係合するキャリッジ７０７上に搭載されており、上記駆動モータ７０２の動力によってキャリッジ７０７とともにガイド７０８に沿って矢印ａおよびｂ方向に往復移動される。図示しない記録媒体供給装置によってプラテンローラ７０９上を搬送されるプリント用紙（記録媒体）Ｐの紙押え板７１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテンローラ７０９に対して押圧する。
【０１００】
上記リードスクリュー７０５の一端の近傍には、フォトカプラ７１１および７１２が配設されている。これらはキャリッジ７０７のレバー７０７ａのこの域での存在を確認して駆動モータ７０２の回転方向切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。同図において、符号７１３は上述のヘッドカートリッジ７０１のインクジェット記録ヘッドの吐出口のある前面を覆うキャップ部材７１４を支持する支持部材を示している。また、符号７１５はキャップ部材７１４の内部に液体吐出ヘッドから空吐出などされて溜ったインクを吸引するインク吸引手段を示している。この吸引手段７１５によりキャップ内開口部を介して液体吐出ヘッドの吸引回復が行われる。符号７１７はクリーニングブレードを示し、符号７１８はブレード７１７を前後方向（上記キャリッジ７０７の移動方向に直交する方向）に移動可能にする移動部材を示しており、ブレード７１７および移動部材７１８は本体支持体７１９に支持されている。上記ブレード７１７はこの形態に限らず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。符号７２０は吸引回復操作に当たって、吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジ７０７と係合するカム７２１の移動に伴って移動し、駆動モータ７０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。上記ヘッドカートリッジ７０１の液体吐出ヘッドに設けられた発熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりする記録制御部は装置本体側に設けられており、ここには図示しない。
【０１０１】
上述の構成を有する画像記録装置７００は、図示しない被記録材供給装置によりプラテン７０９上に搬送されるプリント用紙（記録媒体）Ｐに対し、ヘッドカートリッジ７０１は用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によれば、インク吐出圧力発生素子と吐出口間の距離を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定可能であると同時に、熱による変形がなく、耐インク性、耐腐食性に優れ、寸法精度が高く、さらに膨潤などがなく信頼性の高い、高品位記録が可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することができる。
【０１０３】
また、本発明の方法では、特開平６−２８６１４９号公報に記載の方法と同様に、製造工程を短縮化することができ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の参考形態のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示す図である。
（ａ）平面図
（ｂ）Ｘ１−Ｘ１'断面図
【図２】第１の参考形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。
【図３】第２の参考形態のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示す図である。
（ａ）平面図
（ｂ）Ｘ２−Ｘ２'断面図
【図４】第２の参考形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１'断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２'断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図９】インク供給のための貫通孔の形状を示す図である。
【図１０】インク供給のための貫通孔の形状を示す図である。
【図１１】液体吐出ヘッドの第３の参考形態を最もよく表した斜視図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ'線断面図である。
【図１３】図１１に示した素子基板の発熱体部分（気泡発生領域）に相当する部分を示す断面図である。
【図１４】図１３の主要素子を縦断するように切断したときの模式的断面図である。
【図１５】第３の参考形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１６】第３の参考形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１７】液体吐出ヘッドの第４の参考形態を最もよく表した斜視図である。
【図１８】図１７のＢ−Ｂ'線断面図である。
【図１９】第４の参考形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２０】第４の参考形態による液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図２１】各形態による液体吐出ヘッドを装着して適用することのできる画像記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ ＳｉＯ2膜
３ ＰＳＧ（フォスフォシリケートグラス）膜
４ 窒化シリコン膜
７ 電気熱変換素子
１１ 開口（ＳｉＯ2膜に設けられた開口）
１２ 開口
１３ 貫通孔
１４ 吐出口
１５ 吐出口面
１６ 溝
２３ Ａｌ膜
１０１，４０１ Ｓｉ基板
１０２，４１４ 蓄熱層
１０３ 層間膜
１０４ 抵抗層
１０５ 配線
１０６ 保護層
１０７ 耐キャビテーション膜
１０８ 熱作用部
２０１，５０１ 素子基板
２０２，５０２ 発熱体
２０３，５０３ 単結晶Ｓｉ（液流路の側壁）
２０４，５０４ 液流路
２０５，５０５ ＳｉＮ膜（液流路の天井）
２０６，５０６ 吐出口（オリフィス穴）
２０７，５０７ 供給口
２１０，５１０ 電気パッド
３０２，６０２ 酸化膜（ＳｉＯ2 膜）
３０４，６０４ 多結晶Ｓｉ
３０７ エッチング用窓
４０２ Ｎ型ウェル領域
４０３ Ｐ型ウェル領域
４０５，４１２ ソース領域
４０６，４１１ ドレイン領域
４０８ ゲート絶縁膜
Claims (4)
- インク吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子が形成された基体上に、
Ａｌからなる溶解可能な無機材料を用いて、前記エネルギー発生素子に対応する位置に設けられるインク流路のパターン状に無機材料膜を形成する工程と、
該無機材料膜上に、前記インク流路の壁となる窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記窒化シリコン膜の前記エネルギー発生素子に対応する位置に対してドライエッチングを行い、該ドライエッチングを前記無機材料膜でストップさせて前記インク吐出口を形成する工程と、
前記無機材料膜を溶出して前記インク流路を形成する工程と、
を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法。 - 前記窒化シリコン膜に前記インク吐出口を形成する工程が、ＩＣＰエッチングを用いる方法である請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記インク流路を形成する工程の後に、前記吐出口が形成された前記窒化シリコン膜の表面にプラズマ重合法によって撥水膜を形成することを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記無機材料膜を溶出して前記インク流路を形成する工程が、リン酸あるいは塩酸を用いて前記無機材料膜をエッチングする工程である請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
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